Почему анодирование — это основной метод обработки поверхности

Краткий ответ: Анодирование является основным методом поверхностной обработки алюминиевых рам для солнечных модулей, поскольку оно создаёт оксидный слой из самого алюминия, а не наносит покрытие поверх него. Это важно для компонента, который должен прослужить на открытом воздухе 25 лет: краска или порошковое покрытие могут отслоиться и вызвать коррозию на открытой кромке, тогда как анодированный слой является неотъемлемой частью поверхности. Толщина задаётся классом анодирования, и такие стандарты, как CPIA 0117, определяют классы AA10, AA15 и AA20, где число обозначает толщину оксидного слоя в микронах. Более толстое анодирование даёт больший запас по коррозионной стойкости и стоит дороже. Выбор сплава для рамы взаимодействует с этим — экструзия из сплава 6063 с заданной твёрдостью, например HV300, ведёт себя предсказуемо при анодировании, тогда как плохо контролируемый сплав может дать неравномерную отделку и более слабый оксидный слой.

Производство PV-модулей · от Джерри, Ooitech

Введение

В фотоэлектрическом модуле алюминиевая рама выполняет функцию ключевого герметизирующего и конструкционного материала. Ее доля в стоимости уступает только солнечным элементам и обычно составляет от 8,5% до 13%, что делает ее одной из основных деталей, обеспечивающих надежную работу модуля на открытом воздухе в течение 25 лет и более.

Существует несколько способов обработки поверхности алюминиевой рамы, включая анодирование, электрофоретическую окраску и порошковое покрытие (PVDF). Но анодирование (особенно серебристо-белое и черное) стало абсолютно основным выбором. Это не случайно. Это связано с тем, что анодирование может систематически и всесторонне удовлетворять строгим требованиям к производительности, которые фотоэлектрический модуль предъявляет к своей раме. Основные причины можно сгруппировать по следующим пунктам.

Создание превосходного коррозионного барьера для суровых условий эксплуатации

Фотоэлектрические модули должны служить долго в различных климатических условиях по всему миру: от сухих пустынь и влажных тропических лесов до сильно коррозионных прибрежных, морских и промышленных зон. Эти различные условия предъявляют жесткие требования к атмосферостойкости рамы. Алюминиевая рама должна выдерживать ультрафиолетовое излучение, перепады температур день-ночь, воздействие кислот, щелочей, солевого тумана и абразивного износа песком. Алюминий образует естественный оксидный слой на воздухе, но он тонкий (около 0,1 мкм), неравномерный и пористый. В таких условиях этот естественный слой защищает примерно как лист бумаги.

Анодирование использует электрохимический метод для выращивания плотной, твердой и прочно связанной керамической пленки из оксида алюминия (Al₂O₃) непосредственно на поверхности алюминиевого сплава. Этот искусственно усиленный слой является основой коррозионной стойкости рамы.

Стандарт толщины анодной пленки для алюминиевых рам фотоэлектрических модулей составляет от 10 до 25 мкм. Этот диапазон установлен с учетом нескольких факторов: достаточная толщина пленки эффективно изолирует алюминиевую подложку от внешней среды, блокируя влагу, солевой туман и кислотные дожди от коррозии рамы, что продлевает срок службы модуля в суровых погодных условиях.

Если пленка слишком тонкая (например, ниже 10 мкм), защита рамы может оказаться недостаточной, что приведет к локальному пробою оксидной пленки и возникновению питтинга или трещин, влияющих на общую прочность конструкции. С другой стороны, если пленка слишком толстая (свыше 25 мкм), защита улучшается, но растет стоимость производства, а чрезмерно толстый слой более хрупкий, что делает его более склонным к растрескиванию при ударах во время монтажа или транспортировки, что фактически снижает надежность.

Согласно стандарту T/CPIA 0117-2025, анодные пленки классифицируются по толщине (например, AA10, AA15, AA20) для соответствия различным коррозионным средам. Например, класс AA15 рекомендуется для более агрессивных сред, таких как промышленные парки и химические заводы, а AA20 предназначен для очень агрессивных сред, таких как прибрежные зоны и шахты.

Обеспечение правильной проводимости и безопасности заземления при сохранении изоляции

Это кажущееся противоречивым, но крайне важное свойство. Алюминий является хорошим проводником, что позволяет раме легко служить частью пути заземления модуля, отводя ток молнии или статическое электричество для обеспечения молниезащиты и непрерывности заземления в целях безопасности системы.

Однако сама анодная пленка является отличным электрическим изолятором. Этот изоляционный слой в первую очередь защищает корпус рамы, предотвращая его превращение в анод при электрохимической коррозии во влажных условиях. Во-вторых, он изолирует раму от монтажных кронштейнов и других металлических деталей (особенно металлов с разными потенциалами, таких как стальные болты), значительно снижая гальваническую коррозию, которую может вызвать контакт разнородных металлов. Примеры отказов в морских фотоэлектрических системах показывают, что алюминиевые рамы и стальные болты подвергаются серьезной электрохимической коррозии в солевых средах, и более толстая анодная пленка (в сочетании с болтами с изоляционным покрытием) является одним из ключевых процессов, решающих эту проблему.

PS: Заземление фотоэлектрического модуля действительно важно. Как человек, разбиравший жалобу клиента, где удар молнии вывел из строя диод в распределительной коробке, когда я прибыл на объект, я обнаружил, что монтажник вообще не принял никаких мер по заземлению модуля (не использовал отверстия для заземления рамы, шайбы с зубцами или саморезы с проколом).

Повышение механических характеристик и износостойкости для защиты целостности конструкции

Рама должна выдерживать такие нагрузки, как давление ветра, снеговая нагрузка и механические удары, которым модуль подвергается во время транспортировки, монтажа и эксплуатации.

Высокая твердость и износостойкость: анодная пленка обладает очень высокой твердостью (обычно выше HV300), что значительно превосходит алюминиевую подложку. Это повышает устойчивость поверхности рамы к царапинам и износу, лучше защищая ее при монтаже и обслуживании, а также снижая точки начала коррозии и потерю внешнего вида из-за повреждений поверхности.

Сильная адгезия: анодная пленка растет непосредственно из алюминиевой основы в результате химической реакции и соединяется с подложкой как единое целое, без риска отслаивания или шелушения, характерного для окрашенных покрытий. Эта очень сильная адгезия обеспечивает долговременную защиту, и даже после длительных циклов теплового расширения и сжатия пленка не отслаивается.

Поддержка долговечной конструкции: алюминиевый сплав сам по себе может служить от 30 до 50 лет. Анодирование дополнительно защищает структурную целостность и стабильность прочности на протяжении всего жизненного цикла фотоэлектрического модуля (обычно 25 лет и более). Для сравнения, рамы из других материалов, например стальные, легко ржавеют в местах заземляющих отверстий и других точках, что затрудняет гарантию 25-летнего срока службы, в то время как долгосрочная надежность рам из композитных материалов все еще проверяется.

Зрелый процесс и полная система стандартов, обеспечивающие качество и поставки

Анодирование является чрезвычайно зрелой и стандартной обработкой поверхности в алюминиевой промышленности, с полной цепочкой поставок, высокой эффективностью обработки и относительно контролируемой стоимостью. Многочисленные брокерские отчеты отмечают, что процесс производства алюминиевых рам (плавка и литье - экструзия - оксидирование - глубокая обработка) очень зрел, что является основой для его проникновения более чем на 95% в фотоэлектрической области.

Алюминиевые рамы отличаются зрелой стандартизацией и контролируемым качеством. От национальных стандартов (таких как GB/T 5237.2) до групповых стандартов фотоэлектрической ассоциации (T/CPIA 0117) существуют четкие и проверяемые показатели толщины анодной пленки, твердости, качества герметизации и стойкости к солевому туману. Это дает прочную основу для контроля качества и обеспечивает согласованность и надежность продукции.

На этапе обрамления раму необходимо склеить и герметизировать со стеклом и задняя пленка с помощью герметика. Анодированная поверхность имеет определённую микропористую структуру, которая обеспечивает хорошую адгезию с герметиком, гарантируя надёжную герметизацию модуля.

В конечном итоге выбор анодирования для алюминиевой рамы фотоэлектрических модулей является «оптимальным решением», подтвержденным многолетней практикой отрасли.

Мнение Ooitech

Ooitech считает: анодирование стало основным методом обработки поверхности алюминиевых рам для фотоэлектрических модулей, поскольку оно одновременно обеспечивает коррозионную стойкость, безопасность заземления, механическую прочность и стандартизированный контроль качества в течение срока службы модуля, превышающего 25 лет.